(57)【要約】【課題】操舵性能を維持しつつ、ステアリングシャフトを小型・軽量化することのできる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】モータ軸とウォーム軸とを連結する軸継手４３は、互いに対向する方向に突出する複数の爪部５４，５５がそれぞれ形成された一対のヨーク５１，５２と、各爪部５４，５５に対して周方向に係合する複数の係合部６４が形成されたカップリング部材５３とを備えた。カップリング部材５３を、爪部５４，５５間に配置される係合部６４を有する芯部材６１と、係合部６４の周方向両側の係合面を含む芯部材６１の全周を覆う表面部材６２とから構成した。そして、表面部材６２の係合面と対向する各部位に、各爪部５４，５５に当接するとともに所定トルク以上のトルクが作用することにより、塑性変形する半球状の突部６５を形成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転に応じて軸方向移動するラック軸と、減速機構を介してステアリング操作を補助するためのアシスト力を操舵系に付与するモータとを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記モータのモータ軸と前記減速機構の駆動ギアとを連結する軸継手は、互いに対向する方向に突出する複数の爪部がそれぞれ形成された一対のヨーク、及び前記各爪部に対して周方向に係合する複数の係合部が形成されたカップリング部材を有し、
前記各係合部における周方向両側の係合面には、前記各爪部に当接するとともに所定トルク以上のトルクが作用することにより塑性変形する突部が設けられたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記減速機構は、前記駆動ギアであるウォーム軸及び該ウォーム軸と噛合するウォームホイールを備え、
前記ウォーム軸の前記軸継手と反対側の端部は、付勢部材により前記ウォームホイール側に付勢され、
前記カップリング部材は、
弾性材料からなるとともに前記係合部を有する芯部材と
前記芯部材の外周に設けられるとともに前記突部を有する表面部材とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。こうしたＥＰＳでは、モータの回転を減速機構（例えば、ウォーム＆ホイール等）により減速させて操舵系に伝達する構成が一般的となっている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
また、モータのモータ軸と減速機構の駆動ギアとは、通常、互いに対向する方向に突出する複数の爪部を有する一対のヨーク（継体）を備えた軸継手を介して連結されている。なお、特許文献１のＥＰＳでは、一対のヨーク間に弾性体を介在させることにより、駆動ギアであるウォーム軸の一端をモータ軸に対して傾動可能に連結するとともに、その他端をバネ等によりウォームホイールに近接するように付勢して、そのバックラッシュを除去するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８００８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３０５５３号公報
【特許文献３】特許４３９７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来のＥＰＳにおいて、例えば縁石衝突により転舵輪に逆入力が印加されると、ラック軸の軸方向移動に伴いステアリングシャフトが回転するとともに、減速機構を介してモータが回転する。そして、ラック軸の端部（ラックエンド）がラックハウジングに衝突してラック軸が急停止したときに、慣性の影響によりステアリングシャフト等に大きな衝撃トルクが作用する。また、転舵輪に入力される逆入力の大きさは様々であり、場合によっては衝撃トルクが非常に大きくなることがある。
【０００６】
したがって、このような衝撃トルクによってステアリングシャフトが損傷することを防止して確実に操舵性能を維持するためには、ステアリングシャフトの強度を十分に高く設定する必要がある。そのため、ステアリングシャフトを小型・軽量化することが困難になっており、この点においてなお改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、操舵性能を維持しつつ、ステアリングシャフトを小型・軽量化することのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転に応じて軸方向移動するラック軸と、減速機構を介してステアリング操作を補助するためのアシスト力を操舵系に付与するモータとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータのモータ軸と前記減速機構の駆動ギアとを連結する軸継手は、互いに対向する方向に突出する複数の爪部がそれぞれ形成された一対のヨーク、及び前記各爪部に対して周方向に係合する複数の係合部が形成されたカップリング部材を有し、前記各係合部における周方向両側の係合面には、前記各爪部に当接するとともに所定トルク以上のトルクが作用することにより塑性変形する突部が設けられたことを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、逆入力が印可されてステアリングシャフト、減速機構及びモータに所定トルク以上の衝撃トルクが作用すると、軸継手の突部が塑性変形することによって当該衝撃トルクが吸収される。これにより、ステアリングシャフトに作用する衝撃トルクが低減するため、ステアリングシャフトを小型・軽量化しても、同ステアリングシャフトが損傷することを防止して操舵性能を維持することができる。また、突部が塑性変形した後は、ヨークの爪部と、塑性変形した突部との間に隙間が生じるため、ステアリング操作によってこれら爪部と突部とが接触する際に異音が発生するようになる。これにより、運転者に過大な衝撃トルクが作用して異常が発生したことを報知でき、速やかに修理工場等へ行くことが可能になる。さらに、修理の際には、多くの場合、軸継手のみを交換すればよいため、モータの交換と略同様の作業で容易に変形したカップリング部材（軸継手）を交換することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記減速機構は、前記駆動ギアであるウォーム軸及び該ウォーム軸と噛合するウォームホイールを備え、前記ウォーム軸の前記軸継手と反対側の端部は、付勢部材により前記ウォームホイール側に付勢され、前記カップリング部材は、弾性材料からなるとともに前記係合部を有する芯部材と前記芯部材の外周に設けられるとともに前記突部を有する表面部材とを備えたことを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、芯部材が弾性材料により構成されるため、芯部材を変形させることでウォーム軸をモータ軸に対して傾動させることができるようになる。したがって、付勢部材によりウォーム軸の端部をウォームホイール側に付勢することで、上記のように衝撃トルクを吸収可能としつつ、バックラッシュを除去することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、操舵性能を維持しつつ、ステアリングシャフトを小型・軽量化することのできる電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】一実施形態のＥＰＳアクチュエータを示す断面図。
【図３】一実施形態の軸継手の斜視図。
【図４】一実施形態の軸継手の軸方向と直交する断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は一実施形態の軸継手の径方向外側から見た模式図。
【図６】（ａ），（ｂ）別例の軸継手を径方向外側から見た模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。このラック軸５は、略円筒状をなすラックハウジング６の筒内に挿通されるとともに図示しないラックガイド及びラックブッシュを介してその軸方向に往復動可能に支持されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。
【００１５】
ラック軸５の両端には、その軸端部１１に設けられたラックエンド１２を介してタイロッド１３がそれぞれ回動自在に連結されている。タイロッド１３の先端は、転舵輪１４が組付けられた図示しないナックルに連結されている。そして、ステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１３を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪１４の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
【００１６】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ２１を備えている。ＥＰＳアクチュエータ２１は、駆動源となるモータ２２と、モータ２２に連結された駆動ギアとしてのウォーム軸２４及びコラム軸８に連結されたウォームホイール２５を噛合してなる減速機構２３とを備えている。つまり、本実施形態のＥＰＳ１は、所謂コラムアシスト型のＥＰＳとして構成されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ２１は、モータ２２の回転を減速機構２３により減速してコラム軸８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成になっている。
【００１７】
次に、ＥＰＳアクチュエータの構成について説明する。
図２に示すように、ＥＰＳアクチュエータ２１は、減速機構２３を収容するハウジング３１を備えている。このハウジング３１は、ウォーム軸２４が収容されるウォーム軸収容部３２、及び同ウォーム軸収容部３２に連続して形成されるとともにウォームホイール２５が収容されるウォームホイール収容部３３を有している。ウォーム軸収容部３２は、ウォーム軸２４の軸方向（図２における左右方向）に延びる円柱状の空間であり、その一端側（図２における右側）は、モータ２２が固定されるモータ固定孔３４に連通している。また、ウォーム軸収容部３２の他端側（図２における左側）は外部に開口しており、この開口はエンドカバー３５により閉塞されている。
【００１８】
モータ２２は、ハウジング３１に貫設されたステアリングシャフト３（コラム軸８）の軸方向に対して、そのモータ軸３６の軸方向が直交するようにモータ固定孔３４に固定されている。そして、モータ軸３６に連結されたウォーム軸２４は、その両端がハウジング３１内に設けられた第１及び第２の軸受３７，３８により回転可能に支持されるとともに、ステアリングシャフト３に連結されたウォームホイール２５に噛合されている。これにより、モータ２２の回転は、ウォーム軸２４及びウォームホイール２５により減速されてコラム軸８に伝達されるようになっている。
【００１９】
ここで、本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２１には、その減速機構２３を構成するウォーム軸２４とウォームホイール２５との間の軸間距離を調整してバックラッシュを除去するバックラッシュ調整機構が組み込まれている。
【００２０】
詳しくは、ウォーム軸２４の一端部（図２における右側端部）２４ａを支持する第１の軸受３７は、固定部材４１によりウォーム軸収容部３２内に固定されている。一方、ウォーム軸２４の他端部（図２における左側端部）２４ｂを支持する第２の軸受３８はその径方向へ移動可能に設けられている。具体的には、ウォーム軸収容部３２における他端側の開口部４２は、その内径が第２の軸受３８の外径よりも大きく形成されており、第２の軸受３８は開口部４２内に配置されることで径方向へ移動可能に設けられている。つまり、ウォーム軸２４は、第１及び第２の軸受３７，３８によってモータ軸３６に対する傾動が許容された状態で回転可能に支持されている。
【００２１】
そして、ウォーム軸２４は、その一端部２４ａが軸継手４３によりモータ軸３６に対して傾動可能に連結されるとともに、その他端部２４ｂが付勢部材としての湾曲板バネ４４によりウォームホイール２５に近接する方向（図２における略下方向）に付勢されている。なお、湾曲板バネ４４は、第２の軸受３８を囲むような円弧状に形成されている。これにより、ウォーム軸２４はその一端側を中心としてウォームホイール２５に近接するように傾動し、バックラッシュが除去されるようになっている。
【００２２】
次に、軸継手の構成について詳細に説明する。
図２及び図３に示すように、軸継手４３は、モータ軸３６に連結されたヨーク５１と、ウォーム軸２４に連結されたヨーク５２と、これらヨーク５１，５２間に介在されるカップリング部材５３とを備えている。
【００２３】
ヨーク５１，５２は、それぞれ金属材料からなるとともに、略円環状に形成されている。そして、ヨーク５１，５２には、互いに対向する方向に突出する複数（本実施形態では４つ）の爪部５４，５５が形成されている。図３及び図４に示すように、爪部５４，５５は、それぞれ周方向に等間隔を空けて形成されており、ヨーク５１とヨーク５２とは、爪部５４，５５が周方向に交互に配置されるように連結されている。
【００２４】
カップリング部材５３は、樹脂等の弾性材料からなる芯部材６１と、金属材料からなる表面部材６２とを備えている。芯部材６１は、略円板状に形成された基部６３を有しており、基部６３の外周面には、放射状に延びる複数（本実施形態では、８つ）の係合部６４が等角度間隔で形成されている。係合部６４は、平板状に形成されており、上記爪部５４，５５間に配置されている。そして、軸継手４３は、芯部材６１を弾性変形させることにより、ウォーム軸２４のモータ軸３６に対する傾動を許容するようになっている。
【００２５】
一方、表面部材６２は、帯状に形成されるとともに、係合部６４における軸継手４３の周方向両側の係合面６４ａを含む芯部材６１の全周を被覆するように折り曲げられている。そして、表面部材６２の係合面６４ａと対向する部位には、所定トルク以上のトルクが作用することにより、塑性変形する突部６５がそれぞれ形成されている。なお、所定トルクは、ステアリングシャフト３（多くの場合、中間軸９）が損傷するようなトルクよりも小さく、且つモータ２２の最大トルクよりも大きな値である。つまり、本実施形態では、逆入力の印加等によるラック軸５の軸方向移動に伴って回転する部材の中で、軸継手４３が最も強度の低い最弱部位とされている。
【００２６】
具体的には、各突部６５は、中空の略半球状（ドーム状）に形成されるとともに、径方向線に関して略対称な形状に形成されている。そして、各突部６５の先端部は、平坦な形状とされて各爪部５４，５５に当接している。これにより、モータ軸３６に連結されたヨーク５１の爪部５４は、突部６５及び係合部６４を介してヨーク５２の爪部５５とトルク伝達可能に係合している。なお、本実施形態の突部６５は、プレス加工により形成されている。
【００２７】
次に、本実施形態のＥＰＳの作用について説明する。
図５（ａ）に示すように、通常のアシスト時には、ヨーク５１，５２の各爪部５４，５５が突部６５に当接しており、モータ２２の回転は軸継手４３を介してそのままウォーム軸２４に伝達される。
【００２８】
ここで、例えば縁石衝突により転舵輪１４に逆入力が印加されると、ラック軸５の軸方向移動に伴いステアリングシャフト３が回転するとともに、減速機構２３を介してモータ２２が回転する。そして、ラックエンド１２がラックハウジング６に衝突してラック軸５が急停止したときに、慣性の影響によりステアリングシャフト３等に大きな衝撃トルクが作用する。このとき、図５（ｂ）に示すように、衝撃トルクが所定トルク以上である場合には、カップリング部材５３の突部６５が塑性変形することにより、衝撃トルクが吸収され、ステアリングシャフト３（中間軸９）の損傷が防止される。
【００２９】
そして、図５（ｃ）に示すように、突部６５が塑性変形した後は、ヨーク５１，５２の爪部５４，５５と、カップリング部材５３の突部６５との間に隙間が生じるため、アシスト時にこれら爪部５４，５５と潰れた突部６５とが接触する際に異音が発生するようになる。
【００３０】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）係合部６４の係合面６４ａに設けられた突部６５が塑性変形することで、逆入力に基づく衝撃トルクが吸収され、ステアリングシャフト３の損傷が防止されるため、ステアリングシャフト３を小型・軽量化しても、確実に操舵性能を維持することができる。また、突部６５が塑性変形した後は、アシスト時に異音が発生することで、運転者に過大な衝撃トルクが作用して異常が発生したことを報知でき、速やかに修理工場等へ行くことが可能になる。さらに、修理の際には、多くの場合、軸継手４３のみを交換すればよいため、モータ２２の交換と略同様の作業で容易に変形したカップリング部材５３（軸継手４３）を交換することができる。
【００３１】
（２）カップリング部材５３を弾性材料からなる芯部材６１と、芯部材６１の外周に設けられる表面部材６２とから構成したため、芯部材６１を変形させることでウォーム軸２４をモータ軸３６に対して傾動させることができるようになる。したがって、湾曲板バネ４４によりウォーム軸２４の他端部２４ｂをウォームホイール２５側に付勢することで、上記のように衝撃トルクを吸収可能としつつ、バックラッシュを除去することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、突部６５を中空の半球状に形成したが、これに限らず、所定トルク以上のトルクにより塑性変形すれば、その形状は適宜変更可能である。具体的には、図６（ａ）に示すように、突部６５を軸継手４３の軸方向に開口した形状としてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、突部６５を中空とせず、例えば棒状に形成してもよい。
【００３３】
・上記実施形態では、芯部材６１を弾性材料により構成することで、ウォーム軸２４をモータ軸３６に対して傾動可能に連結したが、バックラッシュ調整機構を採用しない構成等では、芯部材６１を金属材料等により構成してもよい。
【００３４】
・上記実施形態では、突部６５を有する表面部材６２を金属材料により構成したが、突部６５が塑性変形すれば、硬質の樹脂材料等、他の材料により構成してもよい。
・上記実施形態では、カップリング部材５３を芯部材６１と表面部材６２とから構成したが、芯部材６１の係合面６４ａに突部６５を一体に形成し、表面部材６２を設けなくてもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、湾曲板バネ４４によりウォーム軸２４を付勢したが、これに限らず、例えばコイルバネやゴム等の弾性体により付勢してもよい。
・上記実施形態では、本発明をコラムアシスト型のＥＰＳに適用したが、これに限らず、モータの回転が減速機構を介して操舵系に伝達される構成であれば、他のＥＰＳにも適用可能である。具体的には、ピニオン軸を回転駆動するピニオンアシスト型のＰＥＳ、モータがラック軸と平行となるように配置された所謂ラックパラレル型のＥＰＳ（例えば、特許文献２）、又はステアリング操作により回転するピニオン軸とは別にモータ駆動されるピニオン軸を備えた所謂ダブルピニオン型のＥＰＳ（例えば、特許文献３）等に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、３…ステアリングシャフト、５…ラック軸、２１…ＥＰＳアクチュエータ、２２…モータ、２３…減速機構、２４…ウォーム軸、２５…ウォームホイール、３６…モータ軸、４３…軸継手、４４…湾曲板バネ、５１，５２…ヨーク、５３…カップリング部材、５４，５５…爪部、６１…芯部材、６２…表面部材、６４…係合部、６４ａ…係合面、６５…突部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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